石墨烯分子篩引領海水淡化技術革命

    近年來，氧化石墨烯薄膜引起了人們的高度關注，尤其是它在新型過濾技術領域的應用。Z近，曼徹斯特大學國家石墨烯研究院（National Graphene Institute，NGI）的研究人員又取得了令人欣喜的突破，他們研制出的石墨烯薄膜能夠直接濾除鹽分，淡化海水。這項研究成果有望應用到實際當中，為數百萬缺水民眾提供足夠的清潔水源。這項研究發表在2017年4月3日出版的《自然納米科技》（Nature Nanotechnology）上。

   在此之前，研究人員就已經發現石墨烯薄膜在氣體分離、水過濾等方面的潛在應用價值。例如，NGI先前研制的氧化石墨烯薄膜可以濾除納米顆粒、有機分子、以及一些相對較大的鹽類物質。要想用于海水淡化，石墨烯薄膜還需要能夠濾除鹽分。不過，這種石墨烯薄膜的孔徑還是太大了，所以不能濾除海水中的鹽分。

   曼徹斯特大學的研究人員曾報道過，氧化石墨烯薄膜在水中會輕微膨脹，這樣一來，薄膜可以攔截較大的離子或分子，但較小的鹽類物質仍然可以與水一起穿過薄膜。

   在此次的研究中，曼徹斯特大學領導的研究團隊更進一步地探索了石墨烯薄膜，開發出了新方法，可以避免石墨烯薄膜遇水膨脹。研究人員首次實現了對石墨烯薄膜孔徑的精確控制，小到可以直接濾除鹽分，把海水變成可以飲用的潔凈水。

   隨著氣候變化的影響加深，現代城市的水供應出現緊張，促使富裕國家在海水淡化技術方面不斷加大投入。在加利福尼亞州發生了嚴重的洪水災害之后，其它大城市也開始大力探索水資源供應的替代方案。

   在鹽分溶于水之后，水分子會將鹽分包裹起來，形成水分子“殼層”。氧化石墨烯薄膜正是利用這一現象，將鹽分攔截在薄膜微孔之外的，但與此同時水分子卻可以快速穿過石墨烯薄膜。因此，這種新型石墨烯薄膜是海水淡化的理想料。

   曼徹斯特大學Rahul Nair教授說：“這項研究在可規?；a的石墨烯薄膜上實現了原子級的均勻孔徑，意義非凡。在未來，該研究成果有望用于提升海水淡化效率?！?/span>

   Jijo Abraham先生與Vasu Siddeswara Kalangi博士是這項研究的共同第一作者。Abraham先生說：“這次研發出來的薄膜不僅僅可以用于海水淡化。通過孔徑尺寸的原子級調控，我們可以按尺寸需求定制石墨烯薄膜，濾除特定離子?！?/span>據聯合國估計，到2025年，將會有14%的世界人口面臨水資源匱乏的問題。這項新型石墨烯技術有望在全球范圍內掀起水過濾技術革命，讓那些負擔不起建造大規模海水淡化工廠的國家也能利用這項技術獲得干凈、安全的飲用水。